收藏 分享(赏)

槽式抛物面太阳能聚焦集热器的理论研究.pdf

上传人:精品资料 文档编号:11067045 上传时间:2020-02-06 格式:PDF 页数:7 大小:393.89KB
下载 相关 举报
槽式抛物面太阳能聚焦集热器的理论研究.pdf_第1页
第1页 / 共7页
槽式抛物面太阳能聚焦集热器的理论研究.pdf_第2页
第2页 / 共7页
槽式抛物面太阳能聚焦集热器的理论研究.pdf_第3页
第3页 / 共7页
槽式抛物面太阳能聚焦集热器的理论研究.pdf_第4页
第4页 / 共7页
槽式抛物面太阳能聚焦集热器的理论研究.pdf_第5页
第5页 / 共7页
点击查看更多>>
资源描述

1、第30卷第9期2009年9月太阳能学报AI四A ENERGLAE SOIA刚【S SINlCAV0130No9Sep,2009槽式抛物面太阳能聚焦集热器的理论研究韩崇巍,季杰,何伟,裴 刚(中国科学技术大学热科学和能源工程系,合肥230026)摘要:建立了槽式抛物面太阳能聚焦集热器(PI)的一维、非稳态传热模型,给出了沿轴线的光强分布公式,对眦的热性能进行了数值模拟,并与实验结果进行了比较,模拟结果与实验结果的误差在46l以内,两者吻合较好,验证了模型的合理性。对采用不同形式集热器的太阳能双效吸收式制冷系统的性能进行了分析对比,结果显示,采用PI的太阳能吸收式制冷系统具有最佳的系统性能。关键词

2、:槽式抛物面太阳能聚焦集热器;模型;实验对比;太阳能制冷中图分类号:粥13 文献标识码:AO 引 言与平板型太阳集热器和真空管型太阳集热器相比,眦具有反映灵敏、集热效率高、工作流体出口温度高等优点,但因需要有跟踪系统控制集热器跟踪太阳,使其造价较高。目前,PrC主要应用于采暖、空调、发电、海水淡化等生产和生活领域。许多学者对PI的光热性能进行了理论和实验研究。Dudley等怛。对LS2型Pl进行了实验测试,并根据实验结果拟合出了集热器的热效率关系式,但该效率关系式仅适用于工作流体为11leHninol VP1(一种合成导热油)的情况。odeh S D等b对Ls2型P11C进行了热损分析,给出了

3、基于吸热管温度的热效率关系式,该热效率公式适用于任何工作流体的情况。Eskin41引入拦截因子用于计算集热管所接收到的太阳辐射,对PI的各部分分别建立了能量平衡方程,重点研究了工作流体的质鼍流量对集热器能鼍效率的影响,但并没有具体介绍拦截因子的计算方法。王志峰5对单轴跟踪PI进行了光学分析,对集热管内流体的混合对流和传热过程进行了探讨,并进行了实验验证。刘毓伟等161对以镜面不锈钢板为反光材料的PI的能量效率进行了研究,分析了光学效率、热损失对能量效率的影响。陈维等】对抛物柱面的几种跟踪方式的光学性能以及纬度对各种跟踪方式光学性能的影响进行了研究。本文建立了PTc的一维、非稳态传热模型,分析了

4、光强沿集热管的轴向分布情况,对眦的热性能进行了数值模拟,并将模拟结果与实验结果进行了比较。利用所建立的m传热模型,对采用PTC的太阳能吸收式制冷系统的性能进行了计算,并与采用其它形式集热器的太阳能吸收式制冷系统的性能进行了分析对比。1结构及工作过程如图l所示,PI主要由抛物柱面反射板和真空集热管组成。真空集热管的轴线置于抛物柱面的焦线上,外管材料为玻璃,内管材料一般为铜或钢,内管外表面涂有选择性吸收涂层。集热器由跟踪系统驱动,跟踪太阳,利用抛物面的聚光性质把太阳直射光线反射聚焦到真空集热管上,真空集热管吸收太阳能并传给工作流体,工作流体由泵驱动循环(图2)。图l槽式抛物面太阳能聚焦集热器结构示

5、意图Fig1 sch伽0f徉幽lic咖曲sol盯concenm狮r收稿日期:2008-01。30基金项目:安徽省自然科学基金(cr70414161)通讯作者:季杰(1963一),男,博士、教授,主要从事太阳能利用方面的研究。iiiieu越cedu万方数据万方数据9期 韩崇巍等:槽式抛物面太阳能聚焦集热器的理论研究图2槽式抛物面太阳能聚焦集热系统不恿图Fig2 ScheIl解of pamb出c咖ugIl sotar conoen蛐r syBem2理论模型假设:1)玻璃外管、吸热管和工作流体只考虑沿轴向的温度梯度,同一截面七温度均匀一致;2)玻璃外管和吸热管之间的区域高度真空,忽略对流换热;3)忽

6、略玻璃外管和抛物柱面反射板之间的辐射换热。21跟踪角度对于水平放置、单轴跟踪的兀,要把太阳直射光线反射聚焦到真空集热管上,需满足条件7】:t卸卢。=sin(yd。一7。)t趴口。 (1)式中,卢。抛物柱面开口面的倾角;7商。真空集热管的方位角;y。太阳方位角;口。太阳高度角。22真空集热管接收到的太阳辐射能真空集热管接收到的太阳辐射的辐照强度k由4部分组成89:,廿=,bt+,d,t+,b,+,d, (2)1)真空集热管接收的太阳直射辐照强度,。10,bt=,bcos口b曲 (3)式中,。太阳直射辐照强度,w,m2;口。蕊太阳直射光线对真空集热管轴线的入射角0。2)真空集热管接收的太阳漫射的辐

7、照强度,dI=,d。7cFls (4)式中,d。抛物柱面开口面接收的太阳漫射辐照强度,w,m2;F鸭真空集热管对天空的视角系数。3)真空管接收的由反射板反射聚焦的太阳直射辐射的辐照强度,。,b,=o, o菇(日+)tan钆。悬4厕以,。】,(H+)咖钆。戈(日+品)tan钆。,b,z(日+器)tan钆。 掣,罟以k一=i连逸,。式中,H抛物面焦距,m;形抛物柱面反射板开口口径,m;臼h太阳直射光线对抛物柱面开口面的入射角;D。玻璃外管外径,m;crPI的聚光比;,h抛物柱面开口面接收的太阳直射辐照强度,Wm2。4)真空管接收的由反射板反射的太阳漫射辐射的辐照强度,d,=,d。,1s r7c,P

8、r (8)式中,r反射板的反射率;,盯反射板对真空集热管的视角系数。23玻璃外管的能量平衡方程lD|cP。箦=A。I|。学+k口以o-丌Dg(tL)一Fn 7【D粤。e。d(一吒,)一丌D。i。山(tr) (9)式中,lD。玻璃外管密度,kgm3;c眦玻璃外管比热容,J,(I【gK);口。玻璃外管吸收率;A。玻璃外管横截【fif积,m2;D“玻璃外管内径,m;J|。玻璃外管热传导系数,w(mK);。玻璃外管外表面对流换热系数11|,W(m2K);t玻璃外管温度,K;气吸热管温度,K;t环境温度,K;几,天空温度旧,K;。山玻璃外管和吸热管之间的辐射换热系数引,W(m2K)。24吸热管的能量平衡

9、方程小岫A幽孥=山等+(训田。一丁cD由,。如(气一r。)一丌DabBi丘。(凡一r。) (10)式中,。吸热管内表面与工作流体之间的对流换热系数。1 2|,W(m2K);(r口)有效透过率与吸万方数据万方数据太 阳 能 学 报 30卷收率乘积;L工作流体温度,K。25工作流体的能量平衡方程PWc“A。鲁训州kL)吨cp。等(11)式中,m。工作流体的质量流量,kg,s。26 PI的瞬时热效率 17:型薯掣(12)式中,L。和丁“。分别为PI工作流体的出口和进口温度,K;,。投射到抛物面上的太阳辐照强度,wm2;A,抛物柱面开口面的面积,m2。3模拟与实验结果的比较利用上述模型对槽式抛物面太阳

10、能聚焦集热系统进行了数值模拟,并与远大空调有限公司的实验结果进行了比较,实验地点为长沙,实验日期为2005年8月8日11日。实验期间天气晴朗,所采用的PI的规格参数如表1所示1 3J。槽式抛物面太阳能聚焦集热系统如图2所示,循环管路内总水量约为170kg。为保证集热系统的安全运行,实验期间保证集热器出口水温不超过180,当出口水温接近180时,跟踪系统不再驱动集热器跟踪太阳。表l槽式抛物面太阳能聚焦集热器规格Table l Specifi删。璐of pambolic tIDugIl sol盯conc科l廿_ator聚光比抛物柱面反射板开口口径抛物柱面反射板长度抛物面焦距外管外径,内径透过率吸收

11、率吸热管外径内径吸收率,发射率反射板反射率工作流体跟踪方式3023m1725mO92m玻璃O047m,0045mO灿05铜0037rn,0035mO94,O06O8水南向水平单轴跟踪图3给出了20c15年8月8日实验期间水平面太阳辐照强度和工作流体水的质量流量的变化情况。实验期间,水平面太阳辐照强度的平均值为7409Wm2,峰值达到8150W矗;工作流体水的质量流量为040一O60ks。七眨琵睥旺彩三b絮咖避响蝗*图3 20Q50808水平面太阳辐照强度及工作流体水的质量流量变化曲线ng3 Vari“on of hodzontaI soIar R“鲥on粕drr阻鹪ow瑚ie of water

12、20050808图4给出了2005年8月8日集热器出口水温的变化情况。测试从8:50开始到ll:24结束,集热器出口水温由593升高至1736,从图中可以看出,集热器出口水温近似线性升高。利用所建立的模型对系统进行数值模拟,结果显示,集热器出口水温的理论模拟值与实验测定值相差一46。+44,相对误差为一461一+285,两者吻合较好。p赠*口丑稚霰球160208040O时刻图4 20050808集热器出口水温实验值和模拟值的比较F喀4 C呻lp撕s0f e耳唧iII抡ntal and面nIllaied valu鹤0f oudet wa衙咖peFature,20Q5-08-08如图4所示,集热器

13、的瞬时热效率不高,基本在80一265之间,这主要有以下几方面原因:1)抛物柱面反射率、玻璃外管透过率及吸热管吸收率所引起的光学损失;2)由于采用南向水平单轴跟踪方式,除正午外,太阳直射光线与抛物柱面法线的夹角不为零,部分直射光经抛物柱面反射板反射后并没有投射到集热管上;3)聚光比不高,焦面上的太阳辐射并没有完全投射到集热管上。这主要是设计与制作工艺的原642O8642O1l11OOOOO零哥荣霰8642O万方数据万方数据9期 韩崇巍等:槽式抛物面太阳能聚焦集热器的理论研究因,通过改进制作工艺提高聚光比能够有效改善集热器的热效率。计算结果显示,聚光比为66时,集热器的热效率可以达到60以上。此外

14、,太阳辐照强度、环境温度、工作流体水的温度和流量等因素对热效率也有影响。2005年8月11日利用槽式抛物面太阳能聚焦集热系统获得的高温热水驱动一台额定制冷量为16kw的双效溴化锂吸收式制冷机制冷。图5给出了实验期间水平面太阳辐照强度和工作流体水的质量流量的变化情况。实验期间,水平面太阳辐照强度的平均值为7895wm2,峰值达到944Owm2;工作流体水的质量流量为030O48kg,s。1000800b参600匪睥400医斗2000时刻O8 T三6咖。蔷怛2*O图5 2005,0811水平面太阳辐照强度及工作流体水的质量流量变化曲线F唔5 V曲60n of10d删1tal酬丑r mdiation

15、 alldrTm鹊now mte 0f water2005_08一ll利用模型对系统进行数值模拟,计算结果如图6所示,集热器出口水温的理论模拟值与实验测定值相差一478。+191,相对误差为一371一+267,两者相差不大。集热器的瞬时热效率在15O一330之间。赠*口丑稚蕞球图6 20050811集热器出口水温实验值和模拟值的比较Fig6 c0叫rison 0f e】【pe面Hltal卸d siIIlulated脚ues 0f伽tle【w砒er t啡瞄扫lre,200508-ll由上述分析可知,PTC的模拟结果与实验结果吻合较好,表明所建立的PTc的传热模型是合理的。4门C在太阳能制冷上的应

16、用目前,在太阳能吸收式制冷方面,可以驱动双效吸收式制冷机的集热器主要有玻璃真空管式、热管真空管式和CPC【14。PTC获得的高温热水同样可以用来驱动双效吸收式制冷机进行制冷。下面将对这4种集热器驱动的双效吸收式制冷机的性能进行分析对比。PrC采用本文所建立的传热模型进行模拟。玻璃真空管式15、热管真空管式151和cPc集热器【16的效率分别如式(13)一(15)所示:r r一下、刀=053170上一(13)。 Jr 71一下、7=068232土产(14) 刀:o舢8-08526堕堕掣(15)。 l式中,兀集热器的进口流体温度,K;L集热器的出口流体温度,K;L环境温度,K;,-太阳辐照强度,W

17、,矗。在计算过程中,取L=32,=800Wm2,集热器的采光面积为20m2,工作流体为水,流量为O20kg,s,PTc的聚光比为66;制冷机选用额定功率为16kw的双效并联溴化锂吸收式制冷机,冷水出口温度为7,冷却水采用串联流程,冷却水进口温度为32。双效并联溴化锂吸收式制冷机的计算模型和计算过程可参考文献17,18,此处不再详细介绍。表2给出了在上述给定条件下,采用不同类型集热器的双效并联溴化锂吸收式制冷系统达到稳定工作状态时的性能参数。表中,P为性能系数;Q。为制冷量;9为太阳能吸收式制冷系统的总效率巧,其表达式为:甲=彬卯 (16)从表2可以看出,在相同条件下,PTc的集热效率最高,获得

18、的热源水温度也最高。而通常情况下,溴化锂吸收式制冷机的P和制冷量随热源水温度的升高而升高,因而与采用其它3种集热器的太阳能吸收式制冷系统相比,采用眦的太阳能吸收式制冷系统的GOP更高,系统的总效率更高,制冷万方数据万方数据1186 太 阳 能 学 报 30卷量更大。表2太阳能吸收式制冷系统的性能参数T曲Ie 2 Pe南丌nance par帅ete瑙oflar ab:螂州on咖hng syslem5结 论本文建立了PrC的一维、非稳态传热模型,对眦进行了数值模拟,并与实验结果进行了比较。结果显示,模拟结果与实验结果的最大偏差为461,两者相差不大,吻合较好,表明所建立的模型是合理的,可用于PrC

19、的性能计算和设计优化。PTC的集热效率高、温升快、工作流体出口温度高,可以用来驱动双效吸收式制冷机进行制冷。与采用玻璃真空管式、热管真空管式和cPC集热器相比,采用PI后,太阳能吸收式制冷系统的性能将得到明显的改善和提高。参考文献1cohen G0严radand emciency 0fla妒scalelar山棚1alp明啊plaIlt8J,nDcf硝iI】g of()曲cal Ma痂als 7胁u“嘧,竹Emr科E历cienc)r mld Solar Ener科Conven抽n,SP匝,2003,2017:3323372D1棚V,KoIb G,sI伽M,e【aIsEGs L显soI盯coec-

20、tor,test嘲此RRep嘣0f Sarldia National蝴嘶es,州DIA94_1884,USA,199143 0deh s D,MorTin G L,BeIInia MModeling of pam叫ic皿Du曲direct st唧ger圯ration solar couecto舟JSoI缸Ener一舒,1998,62(6):39卜_4064 Eshn NT舢ient pe商舢nce锄alysis of cy洲cal pamb0Iic c0舭呲rating couector8肌d comp耐son witll experiInental r恻lllsJE删冒CveIsion aI

21、ld M蚰ageHn,1999,40(2):175一1915王志峰抛物跟踪式太阳高温集热器的研究J太阳能学报,2000,2l(1):6旷766刘毓伟,陈滨。庄智,等抛物槽集热器的能量效率J可再生能源,2005,123(5):卜117 陈维,李戬洪抛物柱面聚焦的几种跟踪方式的光学性能分析J太阳能学报,2003,24(4):477_稍28何汉峰,季杰,何伟半圆形漫反射板对储热式真空管集热性能的影响J太阳能学报,2006,27(6):5825879达菲J A,贝克曼(著),葛新石,龚堡,陆维德(译)太阳能工程:原理和应用M北京:学术期刊出版社,198810李业发,谢红,张有为全玻真空管太阳能辐射量与

22、其放置角度的关系J节能,2005,274(4):272911Cl洲T TPe面咖nce锄aly8is 0f ph010voltaic-tIle肿al col-lec眦by expucit dyll锄ic瑚delJJSolar Ene日盯,2003,75(2):14315212英克鲁佩勒弗兰克P,戴维特戴维P(著),葛新石,王义方,郭宽良(译)传热的基本原理M合肥:安徽教育出版社,198513远大空调有限公司远大绿色中央空调EB0Lht中:,co163c州洲d,】16205l细865h劬14L姗p P,Zieger FEump咖啪earch舶k髑is捌airc伽血tiingJIntemalion

23、al如皿al 0ffhgefati叩,1998,2l(2):89_砷915邹同华,涂光备,申 江,等太阳能吸收式制冷的最佳发生温度及节能分析J流体机械,2004,32(2):5卜5316Yan跚A,压u Y,Mo鼢舢Mco唧商n b印1傥nlarsingl昏卸6ect蚰d s血gbe丘t double-Iift absorpti蚰nlacIin鹤(随I)JA刚ed rIhenIlal Enginee咖,舢,23(15):198卜一1991217xu G P,Dai Y Q111e0硎cal ana上ysi8 arId op血1i髓don 0f adou如如ct耻删el-0w-孵梳叫on cIl

24、illerJA浏r【Ilal En画ne酣Ilg,199r7,17(2):157170H8余珏,张国强,郝小礼双效吸收式制冷系统稳态仿真研究J制冷与空调,2006,5(3):2428万方数据万方数据9期 韩崇巍等:槽式抛物面太阳能聚焦集热器的理论研究 1187THEORETICAL STI mIY OF PARABOLICTRoUGH SoIAR CONCENTRAToRH肌Chongwei,Ji Jie,He Wei,Pei G肌g(肌碑唰矿77l删5c切利西日砂西lg】抽耐昭,昕E矗啊毋矿sc涵m删死幽咖矿,如觎230026,)Abstract:AJl urIsteady,onedimen

25、si伽山heat t瑚sfer m池l of PrC was presented访tllis anicIeIhe djstributi帅of tIeconc即tr砷ed solar radiation along fbcal a)【is has be c出ulatedThe tIlem“pedonnance of the胛C w笛si删lated,锄dtlle siIImLated results we陀c伽叩删诵th the expe面nental resul协The cor叩aJison sh0岬ed that the siIImLated and e)【perimental result

26、s are in 900d明非明Tlent,锄d tlle dilk陀nce between山锄is诮thin 461,which means山e model set upis re够onableThe c咖p耐son of pe面脚e of double-印t solar absoIption cooling syst咖埘t11 di能rent t)1pe of solarcoUector is nlade,ard tle result showed tllat tIle solar absorption c00ling system埘tll PrC h鸹tlle k斌system perf

27、orII幽CeKq惭m也:paI幽lic nDugh solar concen舰岫r;Inodel;叩rimental c(HTll)商s;lar eooling万方数据万方数据槽式抛物面太阳能聚焦集热器的理论研究作者: 韩崇巍, 季杰, 何伟, 裴刚, Han Chongwei, Ji Jie, He Wei, Pei Gang作者单位: 中国科学技术大学热科学和能源工程系,合肥,230026刊名: 太阳能学报英文刊名: ACTA ENERGIAE SOLARIS SINICA年,卷(期): 2009,30(9)参考文献(18条)1.Cohen G Operation and efficie

28、ncy of large-scale solar thermal power plants 20032.Dudley V.Koib G.Sloan M SEGS LS2 solar colector,test results 19943.Odeh S D.Morrison G L.Behnia M Modehng of parabolic trough direct steam generation solarcollectors 1998(06)4.Eskin N Transient performance analysis of cylindrical parabehc concentra

29、ting colectors andcomparison with experimental results 1999(02)5.王志峰 抛物跟踪式太阳高温集热器的研究期刊论文-太阳能学报 2000(01)6.刘毓伟.陈滨.庄智 抛物槽集热器的能量效率期刊论文-可再生能源 2005(05)7.陈维.李戬洪 抛物柱面聚焦的几种跟踪方式的光学性能分析期刊论文-太阳能学报 2003(04)8.何汉峰.季杰.何伟 半圆形漫反射板对储热式真空管集热性能的影响期刊论文-太阳能学报 2006(06)9.达菲J A.贝克曼.葛新石.龚堡.陆维德 太阳能工程:原理和应用 198810.李业发.谢红.张有为 全玻

30、真空管太阳能辐射量与其放置角度的关系期刊论文-节能 2005(04)11.Chow T T Performance analysis of photovoltaic-thermal collector by explicit dynamic model2003(02)12.英克鲁佩勒弗兰克P.戴维特戴维P.葛新石.王义方.郭宽良 传热的基本原理 198513.远大空调有限公司 远大绿色中央空调14.Lamp P.Zieger F European research on solar-assisted air conditioning 1998(02)15.邹同华.涂光备.申江 太阳能吸收式制冷

31、的最佳发生温度及节能分析期刊论文-流体机械 2004(02)16.Yattara A.Zhu Y.Mosa Ali M Comparison between solar single-effect and single-effect double-liftabsorption machines(Part ) 2003(15)17.Xu G P.Dai Y Q Theoretical analysis and optimization of a double-effect parallel-flow-typeabsorption chiller 1997(02)18.余珏.张国强.郝小礼 双效吸收式制冷系统稳态仿真研究期刊论文-制冷与空调 2005(03)本文链接:http:/

展开阅读全文
相关资源
猜你喜欢
相关搜索

当前位置:首页 > 企业管理 > 管理学资料

本站链接:文库   一言   我酷   合作


客服QQ:2549714901微博号:道客多多官方知乎号:道客多多

经营许可证编号: 粤ICP备2021046453号世界地图

道客多多©版权所有2020-2025营业执照举报